水工金属结构防腐分析

杨振杰

(黔南州水利水电勘测设计院，贵州省黔南州 558000)

水工金属结构防腐分析

杨振杰

(黔南州水利水电勘测设计院，贵州省黔南州 558000)

水工金属结构是水利工程的基础组成，是水利建设的重要构架，水工金属结构的质量直接关系水利工程的安全运行，因此，做好水工金属防腐工作非常重要。本文作者通过分析水工金属腐蚀原因，提出水工金属结构防腐措施。

水工；金属结构；防腐

水工金属结构包括各种闸门、阀门、拦污栅栏、压力钢管等，这些结构所处的环境潮湿，受气候变化影响和日光直射，恶劣的环境导致其受到各种物质腐蚀，进而降低物理性能，威胁水利工程安全。因此，采取可靠有效的防腐措施，增强水工金属结构的使用寿命对水利工程来说意义重大。

一、水工金属结构腐蚀原因及机理

水工金属结构所处的环境恶劣，容易造成其结构的腐蚀，根据金属腐蚀定义，大体分为化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀和大气腐蚀。下面对其不同腐蚀类型的原因和机理进行分析

1.1 化学腐蚀与物理腐蚀

化学腐蚀主要是根据化学的多相反应机理，金属表面直接与氧气、水、酸等物质接触导致分子间相互作用产生腐蚀现象。其反应过程中，在一定的条件下，非电解质中的氧化剂能够直接和金属表面的原子相互作用，进而产生腐蚀产物。例如钢铁在高温下发生氧化或与汽油等非电解质溶液中发生腐蚀，这些都属于化学腐蚀。物理腐蚀是指金属结构单纯的物理溶解，对金属结构造成破坏的现象。

1.2 电化学腐蚀

电化学腐蚀是指在电解质溶液里，金属表面的每个部位都有不同的电位，从而产生腐蚀电池。在腐蚀电池中，带负电位的结构为电池阳极，带正电位的结构为电池阴极。阳极的金属发生反应溶解，溶解出金属离子在溶液中将放出电子流消耗阴极结构，整个反应过程中伴随这电流的产生。水工金属构件中一部分是由钢铁组成的，除了具有铁物质外，还包含石墨、渗碳体等其他金属与杂质，这些物质的腐蚀电位比铁要高，这样铁就在电池中充当阳极，杂质充当阴极。金属构件中铁与杂质接触紧密，在含有弱酸、弱碱、盐溶解中时正好形成原电池，具备具有还原性的阳极、氧化性的阴极，溶液作为连接两级的通路，腐蚀更加剧烈。此外，外界环境，例如溶液温度、酸碱度、水质污染、流速等都影响着电化学腐蚀程度。

1.3 大气腐蚀

大气腐蚀也成湿蚀，是指金属构件在潮湿的自然环境下发生的腐蚀，这种腐蚀多发生在启闭机、升船机等裸露的金属结构上。大气腐蚀以其腐蚀程度不同分为两种不同形式，分别是全面腐蚀和局部腐蚀。全面腐蚀是金属构件与大气介质均匀的接触并受到腐蚀损坏，逐渐的金属结构变小，颜色发生变化。局部腐蚀是金属构件部分发生损坏，分为点蚀、孔蚀、皮下腐蚀等。一般来说，局部腐蚀的危害要大于全部腐蚀，因为全部腐蚀是构件均匀的受到损坏，其损坏程度较小，使用寿命较长。但是局部腐蚀因腐蚀穿孔会影响构件的使用效果，进而报废。大气腐蚀是不可避免的，主要是大气中的湿度、粉尘、有害气体、氧气等与金属发生化学反应或电化学反应引起的腐蚀。大气腐蚀与电化学腐蚀不同在于金属表面存在很薄的液层，受到阻力较小，加上空气中的氧气供给充足，所以阴极反应主要是氧的去极化作用，阳极金属溶解的较为缓慢。随着离子浓度的增加，氧透过薄薄的水膜使阳极发生钝化作用，阻碍腐蚀的进一步进行，因此，这类腐蚀速度较慢，破环程度较小。[1]

2.水工金属结构防腐措施分析

2.1 涂料防腐

涂料防腐是较为常见的金属构件防腐措施，涂料主要是环氧类、树脂类、氯化橡胶类等高性能物质，这些物质涂在水工金属结构表面能够起到将水或其他腐蚀物质进行隔离的效果，进而达到防腐的目的。防腐涂料的图层系统组成包括与基体金属附着良好的底漆和耐水性较好的面漆构成，中间材料性质要选择增加底漆与面漆粘合力的耐腐蚀涂料。各层涂料的性质要求连续无孔，不透水，粘附力较大，隔离效果强，弹性和硬度适中，性质稳定，对酸碱溶液具有强的隔离效果。此外，涂料防腐要求特殊，同一图层的涂料性质要相近，尽量相似相溶，面漆的硬度要高于底漆，涂漆后的金属表面要光滑、平整。涂料防腐方法在水工金属防腐中应用较为广泛，其优点在于防腐效果较好，工序简单、方便，成本较低，应用范围较广，对金属具有较好的保护作用。[2]

2.2 喷漆保护

喷漆保护是利用氧气、乙炔火焰作为热源，通过一定的施工工艺和设备将锌或铝等金属材料进行熔融，进而压缩成空气将其吹成雾状均匀的喷涂在水工金属结构上，形成一层较薄且致密的锌或铝保护层。喷漆保护法对金属构件来说具有双重保护功能：首先，锌和铝的性质稳定，一般不与空气中或水中的物质发生化学反应，锌或铝喷涂在金属结构表面，能够有效的将水和空降与金属构件隔离，进而达到防腐的作用。其次，锌或铝喷涂在金属表面，由于金属正极性较强，电位较高，而锌或铝的电位较低，当存在电解质时，锌或铝保护层成为阳极而失去电子，产生电流被最先腐蚀，金属结构变为阴极，受到锌层的保护。喷漆保护的效果较好，保护期限长，一般可达到20年，但这种防腐措施成本较高，工艺较为复杂，对设备要求较高。但综合喷漆保护的实际应用状况，其保护时间较长，耐腐蚀效果较好，不用每年进行维护，可以节省人力和物力，从长远角度以及经济效益和社会效益来看，喷漆保护还是非常实用的。目前，也有对喷漆保护进行改进，在锌或铝材料中加入一定量的稀土，能够增加原来材料的物理性能，提高其防腐效果。[3]

2.3 电化学法保护

电化学法防腐措施包括两种：第一，外加电流保护法。外加电流就是将需要保护的金属结构作为阴极，使用不溶性的电极作为辅助阳极，将两种物质放在电解质溶液中，外加直流电源。电源通电之后，电子将被迫流向金属结构而使大量负电荷聚集在金属结构表面，当电源电压较大时，因为金属腐蚀组成的原电池不能输送电流而对金属起到保护作用。这种保护措施难于管理，而且需要外加电源进行维持，成本较高，但是保护效果较好。第二，阴极保护法。这种方法主要是牺牲阳极，保护阴极。一般采用电化学比较活泼的镁、铝等作为阳极，其电位为负，与被保护的金属结构连接组成原电池，由于镁、铝等还原性强而逐渐被腐蚀，金属结构作为阴极而被保护。在实际应用中，该方法管理方便，成本较低，不需要外加电源和复杂的工艺，因此使用较为广泛。其缺点在于寿命相对较短，大约10年。

2.4 联合保护

联合保护法是采用涂层与牺牲阳极进行保护的方法，主要针对单一方法效果不好的情况。通过牺牲阳极和涂层喷漆方法联合应用，使得防腐效果大大提高，延长保护时间。主要方法是将阳极与阴极表面进行喷图锌或铝等金属，减少阳极的消耗，延长阳极使用时间。锌涂层能够增加原电池电阻，改善电流遮蔽现象，是电流分布更均匀稳定，对金属结构进行全面保护。当锌或铝涂层表面被破坏后，破损处不会出现腐蚀、生锈以及体积膨胀现象，延长金属结构保护层的使用寿命。联合保护法综合了两种单一保护法的优点，增强了保护效果，成本较低，应用前景更广。

3．结语

综上所述，水工金属结构由于其使用环境，其腐蚀问题是普遍存在的，严重影响水利工程的建筑安全。因此，研究导致金属结构腐蚀原因，提出防腐效果好，保护时间长、成本低的防腐措施非常重要。

[1]张朝温，薛德训，赵双喜.水工金属结构的腐蚀与防护[J]华北水利水电学院学报,2012,04.16-19

[2]李风，姜威，张洪玉.水工金属结构热喷涂锌钊防腐工艺实践分析[J].黑龙江水利科技，2014,36(2):188.

[3]刘磊，陈亮，汪在芹，等.水工金属结构水性无机富锌涂料研究进展[J].人民长江，2013,44(20):61一65

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1007-6344（2015）07-0087-01